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原文传递基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法

专利名称：	基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法
摘要：	本发明提供基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法，包括：步骤1、对样品表面进行二维扫描，获得超声表面波时域A扫描信号；步骤2、从扫描信号的二维彩色图像中找到有颜色差异的区域作为缺陷影像区域，提取缺陷A扫描；步骤3、对提取的A扫描进行小波变换得到小波时频图像；步骤4、提取小波时频图像中A0模态兰姆波所对应的区域，读取小波系数最大时所对应的时刻和频率；步骤5、计算材料的表面波声速CR；步骤6、根据CR计算得到激光超声系统的延时T0；步骤7、计算缺陷扰动表面波转换得到的A0模态兰姆波的相速度；步骤8、得到A0模态兰姆波的相速度频散关系曲线；步骤9、根据声速和关系曲线，得到缺陷的埋藏深度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉大学
发明人：	张俊;薛志祥;陈飏;夏如鼎;代洪伟;江林钊
专利状态：	有效
申请日期：	2021-11-25T00:00:00+0800
发布日期：	2022-03-11T00:00:00+0800
申请号：	CN202111410956.5
公开号：	CN114166942A
代理机构：	武汉科皓知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	俞琳娟
分类号：	G01N29/04;G01N29/06;G01N29/07;G01N21/88;G01N21/95;B33Y70/00;G;B;G01;B33;G01N;B33Y;G01N29;G01N21;B33Y70;G01N29/04;G01N29/06;G01N29/07;G01N21/88;G01N21/95;B33Y70/00
申请人地址：	430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山武汉大学
主权项：	1.基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、激光超声系统的激励激光器光斑与接收光斑以固定的间距L，按照扫描步进Δd、扫描点数M×N，对样品表面进行二维扫描，获得M×N组超声表面波时域A扫描信号；步骤2、将M×N组信号进行二维扫描成像，从二维彩色图像中找到有颜色差异的区域，作为识别的缺陷影像区域，根据缺陷影像对应的位置信息，从M×N组信号中提取缺陷A扫描信号；步骤3、对提取的A扫描进行小波变换，得到横坐标为时间，纵坐标为频率，颜色为小波系数的小波时频图像；步骤4、提取小波时频图像中由于缺陷扰动表面波转换得到的A0模态兰姆波所对应的区域，在该区域的时频图中读取小波系数最大时所对应的时刻T和频率F；步骤5、将激光超声在样品无缺陷区域的表面，固定接收激光光斑位置，激励激光以步进d0逐步远离，读取每个位置点的波形，并记录表面波的波谷出现的时间，对时间和距离进行线性拟合，得到的斜率即为材料的表面波声速，记为CR；步骤6、根据表面波声速CR与基于A扫描读取的无缺陷处表面波的时刻TR，计算得到激光超声系统的延时T0；步骤7、利用延时T0和步骤4提取的时刻T，计算缺陷扰动表面波转换得到的A0模态兰姆波的相速度C；步骤8、利用被检对象的密度、弹性模量和泊松比，计算得到A0模态兰姆波的相速度频散映射关系，即相速度C和频率厚度乘积Fh的关系曲线；步骤9、将A0模态兰姆波相速度C代入到相速度频散关系曲线中，得到该相速度下对应的频率与厚度的乘积，然后除以兰姆波频率F，得到缺陷区域金属层厚度h，即为缺陷的埋藏深度d。 2.根据权利要求1所述的基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法，其特征在于：其中，在步骤1中，扫描步进Δd不超过目标检测精度的二分之一。 3.根据权利要求1所述的基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法，其特征在于：其中，在步骤1中，间距L的取值范围为1～2mm。 4.根据权利要求1所述的基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法，其特征在于：其中，在步骤2中，有颜色差异的区域是指：与无缺陷区域的颜色进行对比，颜色差异值大于6dB的区域。 5.根据权利要求1所述的基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法，其特征在于：其中，在步骤3中，小波变换的具体步骤为：步骤3-1.选取Morlet小波为小波基；步骤3-2.确定小波系数的尺度序列为512；步骤3-3.进行小波变换求得小波系数；步骤3-4.绘制以时间T为横坐标，频率F为纵坐标，小波系数代表颜色的小波时频图。 6.根据权利要求1所述的基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法，其特征在于：其中，在步骤5中，固定间距d0设置为1-2mm。 7.根据权利要求1所述的基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法，其特征在于：其中，在步骤5中，读取的位置点为5～8个。 8.根据权利要求1所述的基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法，其特征在于：其中，在步骤6中，计算公式为： 9.根据权利要求1所述的基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法，其特征在于：其中，在步骤7中，计算公式为： 10.根据权利要求1所述的基于激光超声的金属增材制造层间缺陷埋藏深度测量方法，其特征在于：其中，在步骤8中，频散曲线绘制方法为对如下兰姆波频散方程组的求解，得到相速度C和频率厚度乘积Fh的关系曲线：式中，ks和kl分别为横波和纵波波矢：和cl分别为横波和纵波声速：E、v和ρ分别为杨氏模量、泊松比和密度。
所属类别：	发明专利